《建筑设备自动化》课程设计任务书.docx

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《建筑设备自动化》课程设计任务书

《建筑设备自动化》课程设计任务书

建筑设备自动化为当代建筑赋予了“节能、高效、环保、舒适、宜居”的内涵，也是实现建筑智能化的基础条件。

建筑设备自动化系统，是把建筑物内或建筑群内的空调、采暖、给水排水、电力、照明、防火、安防、运输等设备和系统，以集中监视、集中控制和管理为目的而构成的综合控制系统。

随着工业自动化技术、计算机技术、通信技术的发展，建筑设备自动化技术得到长足的发展。

建筑设备自动化系统应具备监视、测量、控制和显示等四项基本功能。

一、设计说明

本次课程设计主要针对风机盘管与新风机组空调系统进行控制设计，要求选用合理的控制方案，使系统能够跟随末端负荷的变化实施合理有效的调节过程，达到系统安全合理的经济运行目的。

通过了解空调系统的工作原理提出控制方案。

分析系统的负荷调节阈值，提出水系统和风系统的调节配比与能量耦合方案；分析冷源与热源的调节阈值，提出冬、夏季循环水泵的控制方案；分析新风机组与风机盘管的调节阈值与风量耦合方案，提出新风风机与风机盘管的控制方案。

二、设计依据

建筑设备自动控制系统是智能建筑的重要组成部分，有关组织先后制定了相应的规范、规程和条例供设计与施工参考，并作为设计的依据。

主要依据文件如下：

1、GB/T50314—2006《智能建筑设计标准》

2、GB50339—2003《智能建筑工程质量验收规范》

3、JGJ/T16—1992《民用建筑电气设计规范》

4、GBJ19—1987《采暖通风与空气调节设计规范》

5、中华人民共和国主席令第90号，《中华人民共和国节约能源法》，1997．11．1

6、中华人民共和国建设部令第76号，《民用建筑节能管理规定》，2000．2．18

7、BACnetNASI/ASHRAESPC135p标准

8、LON协议和标准

9、DB32/18l—1998《建筑智能化系统工程设计标准》

10、DB32/366—1999《建筑智能化系统工程实施及验收规范》

三、设计任务

1、熟悉新风机组与风机盘管空调系统的基本工作原理与各子系统的空调性能要求，了解空调工艺设计对自动控制系统提出的原则性要求。

2、分析空调系统的循环水量调节规律，设计循环水泵的控制方案，并对水泵的调节运行规律进行详细的控制分析与说明，并绘制空调水系统控制结构图。

3、进行空调水系统与风系统的控制点选择与控制设备选型，并绘制空调新风系统控制结构图。

4、编写水泵控制程序原理图。

5、进行水泵控制仿真与实验。

（结合教科书试做）

四、设计时间

本次课程设计时间为1周。

附1:

《建筑设备自动化》课程设计题目与设计条件

一、设计题目

本次课程设计题目为:

某公寓空调监控系统设计

1.建筑规模与功能要求

该建筑位于青岛市崂山区经济中心区域，建筑面积20000㎡，建筑体型为竖塔式结构，地下2层，地上8层。

每一层建筑面积2000㎡，地下2层及地上1层结构层高为4.5m，其他标准层结构层高为3m，建筑顶层为开放式设备层。

该建筑的使用性质为商住型写字楼，具有高级内部装修设施，地下2层是车库，地下1层为设备间，地上1层为服务大厅，2～7层标准层是办公区，顶层是开放式设备层。

业主要求空调监控系统既能实现节约能源消耗，又能满足高效、舒适的室内环境的监控与运行管理。

具体要求如下：

（1）空调监控系统必须以全中文图形界面显示，便于管理人员学习与掌握使用。

（2）系统网络结构简单，易于管理维护。

（3）系统具备良好的兼容性与扩充性，便于增容与升级。

（4）系统具备良好的性能价格比。

2.空调系统配置的主要设备简介

该建筑的空调系统为民用建筑中常用的风机盘管＋新风机组系统，其中1层服务大厅是全空气系统，办公区是盘管＋新风系统，主要设备间设在地下1层。

其中，冷源为压缩式冷水机组2台，冷却水塔2台，冷冻水泵2台，冷却水泵2台。

热源为水水换热器2台，热水泵2台。

地下室设送风机2台，排放机2台。

二、设计内容与基本要求

根据建筑性质与业主的要求，本次设计的空调设备监控系统主要控制对象是冷冻站、换热站、全空气系统、新风系统、盘管系统、送排风系统。

具体设计要求如下：

1、根据该类型建筑使用要求与空调系统运行的特点做出监控系统控制方案，并绘制出合理可行的全年控制逻辑图。

2、根据全年控制逻辑图，分析空调系统的循环水量调节规律，设计循环水泵的控制方案，并对水泵的调节运行规律进行详细的控制分析与说明，并绘制空调水系统控制结构图。

3、根据全年控制逻辑图，分析空调系统的新风机组调节规律，设计新风机组的控制方案，对新风机组的调节运行规律进行详细的控制分析与说明，并绘制新风机组控制结构图。

4、分析空调系统末端设备的调节规律，设计风机盘管的控制方案，对风机盘管的调节运行规律进行详细的控制分析与说明，并绘制其控制结构图。

5、任选以上的循环水量调节、新风机组的调节、风机盘管的调节等其中一项的控制系统，计算并选型其各控制设备。

（设计选型时所涉及的负荷参数均由本人根据上学期做过的《空调》课程设计的内容，采用面积指标法估算即可，但必须书写清楚其计算过程以及参数选择的依据。

）

6、针对系统中所控制的水泵、风机、换热器等，任选一项进行控制仿真与实验。

（结合教科书试做）

三、考核评分建议

结合国家教学指导委员会对《建筑设备自动化》课程提出的基本教学要求，并结合我校开设该课程的教学进程与基本要求，对本次课程设计的考核评分提出如下建议：

1、能够根据建筑使用要求与空调系统运行的特点做出监控系统控制方案，并绘制出合理可行的全年控制逻辑图。

以及能够对控制系统中的主要控制对象的调节运行规律进行详细的控制分析与说明，并绘制其控制结构图，是该课程设计的基本教学要求。

（建议评分比例为60％）

须完成设计成果有：

①设备监控功能明细表；②全空气系统全年运行工况转换控制逻辑图（或控制顺序表）；③空调水系统监控原理图；④新风机组监控原理图；⑤组合式空气处理机组监控原理图；⑥风机盘管监控原理图等。

2、能够根据控制系统的要求，计算并选择其控制设备，是该课程设计的应用能力教学要求。

（建议评分比例为30％）

须完成设计成果有：

任选一项监控系统，并根据其性能参数分析，结合监控原理图，对其各个监控节点所需要的控制器件进行计算、选型。

3、鼓励有兴趣的学生能够结合课本的实验训练内容，对该课程设计中的任一项控制对象的控制规律做出模拟仿真实验。

（建议评分比例为10％）

附2:

《建筑设备自动化》课程设计指导书

建筑设备监控系统的设计，应根据建筑物的功能和标淮、系统的类型、设备运行时间以及工艺对管理要求等因素，经技术经济比较选取以下监测与控制的全部或部分内容：

①参数检测；

②参数和设备状态及故障显示；

③自动调节和自动控制；

④工况自动转换；

⑤设备联锁和自动保护；

⑥能量计量；

⑦中央监控与管理等。

一、一般性规定

1.集中监控系统

通常情况下，符合下列条件之一时，宜采用集中监控系统：

①系统规模大，设备台数多，采用集中监控系统可减少运行维护工作量，提高管理水平；

②系统各部分相距较远且关联，采用集中监控系统便于工况转换和运行调节；

③采用集中监控系统可合理利用能量实现节能运行；

④采用集中监控系统方能防止事故，保证设备和系统运行安全可靠。

2.就地自动监控系统

通常当符合下列条件之一时，视为不具备采用集中监控系统条件，宜采用就地自动监控系统：

①工艺或使用条件有一定要求；

②需防止事故，保证安全；

③可合理利用能量实现节能运行。

3.设置联动联锁保护措施

监控设备需要设置联动联锁等保护措施时，应符合下列规定：

①当采用集中监控系统时，应由集中监控系统实现；

②当采用就地的自动控制系统时，应为自控系统的一部分或独立设置；

③当无集中监控或就地自动控制系统时，应设专门联动、联锁等保护措施。

4.就地检测仪表

各系统应在便于观察的地点，设置反映代表性参数的就地检测仪表。

5.就地手动控制装置

采用集中监控系统控制的动力设备应设就地手动控制装置，并通过远动／手动转换开关实现远动与就地手动控制的转换；远动／手动转换开关状态应作为集中监控系统的输入参数。

6.设备专业监测与控制系统的设计范围

设备专业监测与控制系统的设计应包括以下范围：

①设置就地观测仪表；

②确定各系统的控制方案，配合设计各系统的控制软件；

③确定监测控制点及联动联锁环节；

④确定和提供传感器和执行器的设置位置；

⑤配合选择和设置传感器、控制器、执行器，进行水路和蒸汽自动控制阀的计算和选择，或向自动控制阀的生产厂提供自动控制阀的选型参数；

⑥提供典型设备及典型系统的控制原理图及监控要求，包括工况转换分析及边界条件、控制点设计参数值等；

⑦提供运行管理的节能控制方案。

7.采用集中监控系统时，对自带控制系统的机电一体化设备（例如：

冷水机组、变频调速机组等），可只对其运行状态等进行监测。

二、传感器

1.温度传感器的选用和安装，应满足下列条件：

①温度传感器测量范围应为测点处可能出现的温度范围的1.2~1.5倍，传感器测量范围和精度应与二次仪表匹配，并应高于工艺要求的控制和测量精度;

②壁挂式空气温度传感器应安装在空气流通，能反映被测房间空气状态的位置；

③风道内温度传感器应保证插入深度，不得在测头与风道外侧形成热桥；

④插入式水管温度传感器应保证测头插入深度在水流的主流区范围内；

⑤空调机器露点温度传感器应安装在挡水板后有代表性的位置，并应避免辐射热、振动、水滴及二次回风的影响；

⑥风道内空气含有易爆易燃物质时，应采用本安型温度传感器。

2.湿度传感器的选用和安装，应满足下列条件：

①应安装在空气流通，能反映被测房间或风管空气状态的位置，安装位置附近不应有热源、水滴；

②易爆易燃环境应采用本安型湿度传感器。

3.压力（压差）传感器的选用和安装，应满足下列条件：

①选择压力（压差）传感器的工作压力（压差）应大于该点可能出现的最大压力（压差）的1.5倍，量程的上限值应为该点压力（压差）正常变化范围的1.2~1.3倍;

②在同一建筑层的同一水系统上安装的压力（压差）传感器宜处在同一标高上;

③水系统压差控制时，传感器的两端接管应连接在水流速较稳定的管路上。

4.流量传感器的选用和安装，应满足下列条件：

①量程的上限值应为系统最大工作流量的1.2~1.3倍;

②安装位置前后应有保证产品所要求的直管段长度;

③应选用具有瞬态值输出的流量传感器;

④应选用具有较低水流阻力的产品。

5.开关量传感器

当仅用于安全保护和设备状态监测时，宜选择温度开关、压力开关、气流开关、水流开关、压差开关、水位开关等以开关量形式输出的传感器，不宜使用连续量输出的传感器。

三、执行器

风阀和水（汽）阀执行器可采用电子式、电动式或气动式；当控制精度要求不高，或被控对象的热惰性较大、扰量较小（如容积式热交换器）时，也可采用自力式执行器；在易爆易燃或多粉尘环境应采用气动执行器与水阀、风阀配套使用。

1.应按下列要求选择不同流量特性的水（汽）自动控制阀：

①当被调对象调节精度要求不高（例如风机盘管、控制精度要求不高的蒸汽加湿器等），或用于水（汽）路转换、开闭时，应采用双位控制的电动控制阀或电磁阀。

②用于控制水（汽）流量，且压力损失比s较大时，宜采用直线特性的两通调节阀，例如:

1）两侧无较大水流阻力的水路旁通阀；

2）比例控制的蒸汽阀。

③用于控制水流量，且压力损失比s较小时，宜采用等百分比特性的两通调节阀，例如用于控制换热器（包括空气处理机组的换热器）水流量的两通阀。

④采用三通阀调节换热器水流量时，换热器应接在三通阀的直流支路上，且宜采用直流支路为等百分比特性，旁流支路为直线特性的非对称型阀门。

调节阀的压力损失比按下式确定：

式中s---压力损失比，用于控制换热器（包括空气处理机组的换热器）流量的水路调节阀，宜取s＝0.3~0.6；

——调节阀的工作压差，即全开时阀门的压力损失（Pa）;

——调节阀所在串联支路的总压力损失（Pa）。

2.控制阀的选择和设置还应符合以下要求：

①蒸汽和其他要求关闭严密的系统，应采用单座阀。

②阀门的承压能力和阀门最大允许开阀（或关阀）压差（即保证阀正常开启（或关闭）时所允许的阀两端最大压降）应符合系统的要求。

一般双座阀具有较大的允许开阀（或关阀）压差。

③三通分流阀不应用作三通混合阀，三通混合阀不宜用作三通分流阀。

④阀门部件材料应适用于系统介质，并满足系统温度的要求。

⑤选择阀门时，应注明是常开还是常闭，不工作时应能自动复位。

⑥电动控制阀宜安装在水平管道上，且执行机构位置应高于阀体。

⑦用于控制水系统压差的旁通阀应设于总供、回水管路中压力（或压差）相对稳定的位置。

⑧使用蒸汽的调节回路，宜在调节阀前装恒压调节装置。

⑨当仅以开关形式用于设备或系统水路的切换时，应采用通断阀，不得采用调节阀。

3.调节用风阀宜选用对开多叶调节阀。

四、现场控制器和中央监控管理系统

1.现场控制器的选择和设置应符合下列要求：

①换热器温度控制器选择时，应优先考虑具有PI功能的控制器；一般情况下宜采用断续式控制器，当控制精度要求较高时，也可采用连续式控制器。

②湿度控制时，若被控对象湿度较稳定（例如一般民用建筑），则可采用位式控制器；若被控对象湿度波动较大，则宜采用pi型控制器。

③压力或压差控制时，应优先选择具有pi控制功能的控制器，其传感器应设置在压力稳定的区域。

④控制点的性质应与控制器的功能相匹配。

⑤应充分利用控制器的点数及功能，但也应根据前期规划留出少量备用点。

⑥同一系统中，相互有关联的控制点宜放进同一控制器内。

⑦现场传感器、执行器的选择应与现场控制器的要求相匹配。

⑧控制器宜安装在被控系统或设备附近；当采用集中监控系统时，应设置控制室；就地控制环节和仪表较多时，宜设置控制室。

2.应根据工程规模、投资、建设标淮、系统类型及工艺管理要求等因素，选择适当的中央监控管理系统；通常宜选择集散型中央监控管理系统。

3.中央级监控管理系统应具有以下功能：

①应能以多种方式显示各系统运行参数和设备状态的当前值与历史值；

②应能以与现场测量仪表相同的时间间隔与测量精度连续记录各系统运行参数和设备状态，其存储介质和数据库应能保证记录连续一年以上的运行参数，并可以多种方式进行查询；

③应能计算和定期统计系统的能量消耗、各台设备连续和累计运行时间，并能以多种形式显示；

④应能改变各控制器的设定值、各受控设备的“远动／自动”状态，并能对设置为“远动”状态的设备直接进行启／停和调节；

⑤应能根据预定的时间表或依据节能控制程序自动进行系统或设备的启停；

⑥应设立安全机制，能将操作者设置成具有不同权限，并能对操作者所做的各种操作进行记录；

⑦应有参数越线报警、事故报警及报警记录功能，宜设有系统或设备故障诊断功能；

⑧中央级监控管理系统应兼有信息管理功能，为所管辖的建筑设备建立设备档案，供运行管理人员查询；

⑨宜设有系统集成接口，以实现大楼内弱电系统数据共享。

五、空调系统的监测与控制

1.冷热源和空调水系统的监测与控制

空调冷热源和空调水系统，应对下列参数进行监测：

①冷水机组蒸发器进出口水温、压力；

②冷水机组冷凝器进出口水温、压力；

③热交换器一二次侧进出口温度、压力；

④分集水器温度、压力（或压差），集水器各支路温度；

⑤水泵进出口压力；

⑥水过滤器前后压差；

⑦高位膨胀水箱、软水箱的液位；

⑧采用闭式气压罐定压方式时，气压罐压力；

⑨冷水机组、水阀、水泵、冷却塔风机等设备的工作状态及故障报警；

⑩宜监测冷水机组蒸发器、冷凝器的水流状态、冷热水流量、监测冷水机组、水泵等设备的启停次数、累计运行时间，以及设定定时检修提示。

2.宜建立集中监控系统与冷水机组控制器之间的通讯，实现集中监控系统中央主机对冷水机组的控制和对运行参数的监测。

3.当冷水机组采用自动方式运行时，冷水系统中各相关设备及附件与冷水机组应进行电气联锁，按下列顺序启停：

电动水阀、冷却水泵、空调冷水泵、冷却塔风机应先于冷水机组启动，冷水机组在冷水水流得以证实后启动；系统停机时上述顺序应相反。

4.两台和两台以上冷水机组和一级冷水泵（也称一次泵）或冷却水泵之间通过共用集管连接和运行时，每台冷水机组人口或出口管道上宜设置电动阀，且电动阀宜与对应运行的冷水机组和水泵联锁。

5.冷却水系统，尤其是全年运行的冷却水系统，宜对冷却水的供水温度采取调节措施：

①可采用根据供水温度控制冷却塔风机转速或开启台数的方法；

②冬季或过渡季运行的冷却塔宜在冷却水供回水管之间设置旁通调节阀，控制旁通水量，调节混合比控制水温。

[说明]

过渡季运行的冷却塔是否设置旁通调节阀，应根据使用期间室外湿球温度和冷水机组对冷却水的温度要求确定，电压缩式冷水机组最低水温限制的数值较低，如采用停开冷却塔风机的方法可以满足要求，则不必设置旁通阀。

6.闭式变流量空调水系统应采用以下自动控制措施：

①单式泵系统（也称一次泵系统，下同）末端装置宜采用两通调节阀，复式泵系统（也称二次泵系统）应采用两通调节阀。

②末端装置采用两通调节阀的单式泵系统，应在总供回水管之间设旁通管及由压差控制的旁通阀，旁通管管径应按一台冷冻水泵流量确定。

③复式泵系统可采用改变二级泵（也称二次泵）运行台数或转速的方法调节循环水量，并宜符合下列要求：

1）当二级泵采用台数和变速调节的联合运行方式时，宜每台水泵设置变频调速装置；

2）当确实有困难，二级泵不能采用变速调节，仅采用台数调节的运行方式时，宜在各二级泵系统供回水集管问设置旁通管及由压差控制的旁通阀。

④当冷水机组的流量允许在一定范围内变化，且经济技术条件许可时，可采用单式泵变频变流量系统，且应根据生产厂提供的要求，严格控制水流量不低于允许范围。

[说明]

单式泵系统一般水泵扬程较高，如采用水泵变频变流量，对系统节能运行有利；随着变频技术、自动控制技术的发展，冷水机组已实现在一定范围内变流量运行，但自控和管理水平要求较高。

7.设置多台冷水机组的单式泵系统，应根据工程规模、运行管理要求经技术经济比较后，采用以下冷水机组运行台数控制方式：

①规模较小及投资和控制要求较低的系统，可根据就地观测或自动监测回水温度或供回水温差，手动控制冷水机组的运行台数。

②规模较大且运行管理要求高时，宜根据系统冷量变化自动控制冷水机组运行台数，且传感器应设于负荷侧的供回水总管上。

8.复式泵系统控制应符合下列要求：

①当二级泵采用台数控制时，宜采用流量控制方式，使系统流量稳定在工作水泵的额定设计流量范围内。

②当二级泵采用变速控制时，宜根据系统压差变化控制二级泵的转数，使系统压差稳定在设计参数范围内。

[说明]

台数控制时，由于压差（或压力）的波动较大，宜采用流量控制方式。

当系统设置压差控制的旁通阀时，电动旁通阀的选择应符合下列要求；

①流量应为一台水泵的流量；

②阀门最大关阀允许压差应大于水泵的扬程；

③应采用常闭式；

④两管制空调水系统，当冷热水均需设置压差控制的旁通阀时，宜分别设置；当必须合用时，应按夏季工况选择。

六、空调系统和空气处理装置的监测与控制

舒适性空调系统中，应对下列参数进行监测：

1．室内外温度；

2．空气冷却器出口的冷水温度；

3．加热器进出口的热媒温度和压力；

4．空气过滤器进出口静压差的超限报警；

5．新风处理机组的出风温度；

6．风机、水泵、转轮热交换器、加湿器等设备运行状态和故障报警；

7．加热盘管低温防冻报警；

8．宜监测室内外湿度或焓值。

七、空气处理机组进行空气温度控制时，温度传感器设置位置应符合下列规定：

1．新风处理机组设在机组送风处；

2．带回风的定风量全空气系统空气处理机组，一般宜设于被控房间的典型区域，也可设在机组回风处；采用置换通风方式时，应设于被控房间的典型区域；

3．变风量全空气系统空气处理机组设在机组送风处。

八、全空气系统室内温湿度应根据不同季节的室外温度采用不同的设定值。

冬季空气处理机组进行加湿时，湿度传感器位置宜符合下列要求：

1．定风量全空气系统宜设于被控房间的典型区域，当舒适性空调系统湿度控制精度要求不高时，也可设在机组回风处。

2．新风机组当采用比例控制时，可设在机组送风处；采用双位控制时，应设在被控房间的典型区域或其他湿度变化较平缓、加湿器能够稳定工作的位置。

3.当定风量全空气系统采用控制机器露点温度和再热量达到房间的恒温恒湿要求时，应根据房间温度和湿度的控制精度要求，确定控制室内温度恒定或控制室内湿度恒定。

[说明]

无论空调房间热湿负荷是否按比例减少，由于送风量不变，送风焓差减少，都需调节再热量，可根据室内湿度或室内温度进行调节；但控制室内湿度恒定时室温略有降低，控制室内温度恒定时室内湿度略有降低。